Branża budowlana, w tym produkcja cementów i stali zbrojeniowej, to jedne z najbardziej obciążających środowisko gałęzi przemysłu. Proponowane przez UE strategie związane z polityką zrównoważonego rozwoju powodują konieczność szukania innowacyjnych rozwiązań o zmniejszonym śladzie węglowym.
W przypadku cementów obiecujący wydaje się metakaolinit, dodatek pucolanowy, którego proces produkcyjny jest mniej energochłonny niż produkcja cementu (niższa temperatura i krótszy czas wypalania pozwalają na wyprodukowanie 1 tony metakaolinitu przy zużyciu jedynie 80% energii potrzebnej do produkcji cementu). Metakaolinit wykazuje przy tym właściwości wpływające na poprawę parametrów mechanicznych, zwiększenie odporności betonu na korozję chemiczną i uszczelnienie mikrostruktury betonu.
Jeśli chodzi o zbrojenie, to już samo zastosowanie w betonie prętów kompozytowych (w tym bazaltowych) zamiast tradycyjnych stalowych oznacza możliwość istotnego ograniczenia emisji CO2 do atmosfery.
Teoretycznie powstał model idealny – niskoemisyjny beton i „zielone” zbrojenie. Gdzie zatem tkwi haczyk? Otóż metakaolinit nie pozostaje bez wpływu na przyczepność oraz na wybrane parametry stwardniałego betonu. Jednocześnie rodzaj zastosowanego zbrojenia (stalowego lub kompozytowego) również oddziałuje na finalne parametry związane z wartościami naprężeń przyczepności, bo oplot z nasączonych żywicą włókien nie tworzy na prętach tak głębokiego, masywnego użebrowania, jak w przypadku prętów stalowych. I co więcej – zbrojenie kompozytowe inaczej zachowuje się w środowisku tradycyjnego betonu cementowego, a inaczej w obecności dodatku pucolanowego.
Aby rozwiać wątpliwości dotyczące bezpieczeństwa konstrukcyjnego związanego z używaniem zbrojenia kompozytowego w betonach o niskiej emisyjności, zespół z Politechniki Białostockiej wykonał w tym zakresie szczegółowe badania. W próbkach wykorzystano nasze pręty bazaltowe RebarBas o średnicy 8 mm.
Na przyczepność zbrojenia do betonu mają wpływ trzy kluczowe mechanizmy: tarcie, zazębianie mechaniczne oraz wiązanie chemiczne (adhezja).
Dwa pierwsze czynniki uzależnione są głównie od użebrowania pręta. Na adhezję wpływ ma poślizg pręta względem betonu oraz rysy w strukturze betonu. Te zjawiska z kolei zależą od cech takich jak klasa betonu, zagęszczenie mieszanki, rozmiar i ułożenie prętów. W obliczu złożenia tak wielu czynników, bardzo trudno jest wyznaczyć jednoznaczne wartości naprężenia przyczepności. Dodatkowym utrudnieniem jest obecność metakaolinitu, który zmienia zachowanie się zbrojenia względem betonu.
W laboratorium wykonano trzy rodzaje pomiarów: badania stwardniałego betonu, badania prętów kompozytowych oraz badania przyczepności prętów do betonu. Do przeprowadzenia porównania wykorzystano tradycyjny beton cementowy, tzw. referencyjny oraz beton, w którym 10% masy cementu zastąpiono metakaolinitem. Użyto prętów stalowych oraz kompozytowych: bazaltowych (BFRP) i szklanych (GFRP), wszystkie o średnicy 8 mm.
W badaniach stwardniałego betonu stwierdzono, że beton z metakaolinitem (10%) ma wytrzymałość na ściskanie o 20% większą, niż referencyjny, zwiększyła się też wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu (o 10%) oraz moduł sprężystości podłużnej (o 5%).
Próba rozciągania osiowego prętów wykazała, że pręty bazaltowe mają największą wytrzymałość na rozciąganie, wynoszącą 879,5 MPa. To o 45% więcej niż pręty stalowe.
W celu określenia przyczepności prętów do betonu przeprowadzono badanie za pomocą testu belkowego, zgodnie z normą PN-EN 10080:2007. Podczas badania pręt w strefie rozciąganej jest wyrywany z betonu, a zależność poślizgu od siły jest mierzona czujnikami na obu końcach.
Podczas pomiarów w żadnym z przypadków nie nastąpiło całkowite wyślizgnięcie się zbrojenia z belek betonowych, co świadczy o bardzo dobrej przyczepności wszystkich typów prętów.
Jakie uzyskano wyniki? Dla prętów bazaltowych wartość siły maksymalnej dla betonu referencyjnego (cementowego) wynosiła 21,9 kN, zaś dla betonu z metakaolinitem 25,4 kN. Oznacza to wzrost siły przyczepności o 10%, przy czym newralgiczna dla prętów kompozytowych składowa zależna od adhezji chemicznej wzrosła o 8%.
Jeśli chodzi o wartości naprężenia przyczepności, to w betonie referencyjnym dla prętów kompozytowych były one niższe niż dla stalowych, ale już w betonie z metakaolinitem zanotowano poprawę dla prętów bazaltowych o ok. 15%, a w fazie zniszczenia wartość naprężeń przyczepności wzrastała do 32%.
Wynika to ze specyfiki konsystencji mieszanki – zwarta i szczelna struktura strefy kontaktowej pozwala na wypełnienie wolnych przestrzeni przy powierzchni kruszywa i betonu, zbyt małych, aby wniknął tam zaczyn cementowy bez dodatku pucolanowego.
Metakaolinit dość istotnie poprawia ogólną wytrzymałość betonu, a przy tym obniża jego emisyjność, co każe przypuszczać, że w najbliższym czasie udział tego typu modyfikowanych cementów w procesach budowlanych znacznie się zwiększy. Jak wykazały badania, pręty bazaltowe w połączeniu z betonem zawierającym metakaolinit wykazują dużo lepsze właściwości niż stal, a przy tym są odporne na korozję, również chemiczną.
[*] Pełna treść raportu dostępna jest w zestawieniu referatów na stronie konferencji Dni Betonu, autorzy publikacji: Faustyna Ułasiuk, Julita Krassowska, Marta Kosior-Kazberuk, Politechnika Białostocka (ZNAJDŹ REFERAT)
Basalttech – Innowacyjne na polskim rynku wyroby z bazaltu, zbrojenia bazaltowe, płyty fundamentowe. Sprawdzony partner dla firm budowlanych, przemysłowych, produkcyjnych.
Basalttech Sp. z o.o.
ul. Pl. Solidarności 1/3/5 pok.425
53-661 Wrocław
Copyright© 2025 Basalttech Sp. z o.o.
